分子振動(dòng)光譜紅外光譜與拉曼光譜實(shí)用版課件

1分子振動(dòng)光譜

---紅外光譜與拉曼光譜---

InfraredspectroscopyandRamanspectroscopy(IRandRaman)Vibrationspectroscopy1分子振動(dòng)光譜

---紅外光譜與拉曼光譜---

Infrar2如何感知?生命的本質(zhì)?運(yùn)動(dòng)眼睛2如何感知?生命的本質(zhì)?運(yùn)動(dòng)眼睛3diatomicmoleculeMolecularmovement3diatomicmoleculeMolecular4bonddistanceVibrationR0R1R2nmEnergyintrinsicproperty4bonddistanceVibrationR0R1R2n5AB=21k-1=MA-1+MB-1:與化合物組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)ABR0R1R2鍵長(zhǎng)Stretchingvibration

:折合質(zhì)量k

:化學(xué)鍵的鍵力常數(shù)5AB=21k-1=MA-1+MB-1601E=(n+)hn=0,1,2,3,,,,21能量量子化能級(jí)2振動(dòng)激發(fā)態(tài)=21k601E=(n+)h21能量量子化2振動(dòng)7Spectroscopyresonance7Spectroscopyresonance8偶極子在光波電場(chǎng)矢量中的運(yùn)動(dòng)dipole電場(chǎng)時(shí)間+8偶極子在光波電場(chǎng)矢量中的運(yùn)動(dòng)dipole電場(chǎng)時(shí)間+9分子振動(dòng)的與吸收Singlebond:k

=4-6N·cm-1

Doublebond:k

=8-12N·cm-1

Triplebond:

k

=12-18N·cm-1

C-C,1190cm-1C=C,1683cm-1

C≡C,

2060cm-1

9分子振動(dòng)的與吸收Singlebond:Doubleb10短波長(zhǎng)波10短波長(zhǎng)波11IRunits:wavenumbers(cm-1)10micronwavelength1000cm-11eV

8100cm-11THz

33cm-1300Kelvin

210cm-1TheInfraredPartoftheEMSpectrumNear-IR:4000–14000cm-1Mid-IR:500–4000cm-1Far-IR:5–500cm-1IRcovers~1meVto1eV11IRunits:wavenumbers(cm-1)12TheScienceMuseum,UKAround1800,Herschelstudiedthespectrumofsunlightusingaprism.Hemeasuredthetemperatureofeachcolor,andfoundthehighesttemperaturewasjustbeyondthered,whatwenowcallthe'infrared'.

12TheScienceMuseum,UKAround13分子振動(dòng)與紅外吸收Singlebond:k

=4-6N·cm-1

C-C,1190cm-13000002500nm304000cm-1紅外共振吸收13分子振動(dòng)與紅外吸收Singlebond:C-C,14分子的能級(jí)EnergyLevels與躍遷TransitiongroundstateexcitedstateInfrared01v0v1UV-absorption214分子的能級(jí)EnergyLevelsgroundexci15多原子分子15多原子分子16對(duì)稱伸縮3652cm-1反對(duì)稱伸縮3756cm-1彎曲,1595cm-1水的紅外光譜16對(duì)稱伸縮反對(duì)稱伸縮彎曲,水的紅外光譜Spectroscopyasymmetricalinduceddipolemoment,eg.FT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱TheScienceMuseum,UKAround1800,Herschelstudiedthespectrumofsunlightusingaprism.Forsymmetricalmoleculeorgroup,complementationeachother.Infraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.分子的能級(jí)EnergyLevels分子的能級(jí)EnergyLevels(HasdipolemomentsoIRactive)304000cm-1k=4-6N·cm-1衰減全反射紅外光譜附加功能：平滑、差譜、二階導(dǎo)、去卷積和曲線擬合等.克服它，所以在測(cè)量的過(guò)程中拉曼和FTIR是相輔4)withTA9901for7days(percentratio:A1–40:TA9901=1∶1)偶極子在光波電場(chǎng)矢量中的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度:與濃度成正比17多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度整個(gè)分子重心的平動(dòng)(3freedom)整個(gè)分子繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)(3freedom)每個(gè)原子相對(duì)于其它原子的運(yùn)動(dòng)（振動(dòng)）一個(gè)點(diǎn):3自由度N個(gè)點(diǎn):3N自由度3N-6

(linearmolecule)xyz分子:

N個(gè)原子空間的運(yùn)動(dòng)：3Nfreedom3N-5Spectroscopy17多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度整個(gè)分18symmetricalasymmetricalscissoringrockingwaggingtwistingstretchingbending多原子分子的振動(dòng)18symmetricalasymmetricalsciss19振動(dòng)自由度3N-6?19振動(dòng)自由度3N-6?20AnExample:CO2SymmetricStretchCOOAsymmetricStretchBendingModeIRAbsorbanceWavenumber(cm-1)13883N-5=42349667?20AnExample:CO2SymmetricSt21AnExample:CO2SymmetricStretchCOOAsymmetricStretchBendingModeIRAbsorbanceWavenumber(cm-1DipoleMoment=chargeimbalanceinthemolecule(HasdipolemomentsoIRactive)(HasdipolemomentsoIRactive)(Dipolemoment=0sonotIRactive)138821AnExample:CO2SymmetricSt22dipole電場(chǎng)時(shí)間偶極矩為零的振動(dòng)沒(méi)有紅外吸收22dipole電場(chǎng)時(shí)間偶極矩為零的振動(dòng)23基團(tuán)頻率多原子分子的結(jié)構(gòu)特征在紅外光譜中的反映C=O3N-6Or3N-5?23基團(tuán)頻率3N-624基團(tuán)頻率4000cm-11300cm-1

1.最有分析價(jià)值的基團(tuán)頻率,這一區(qū)域稱為基團(tuán)頻率區(qū)、官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū)。

2.區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。24基團(tuán)頻率4000cm-11300cm-11.最25指紋區(qū)1800cm-1（1300cm-1）

600cm-1在此區(qū)域內(nèi)，除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。這種振動(dòng)與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異，并顯示出分子特征。這種情況就像人的指紋一樣，因此稱為指紋區(qū)。指紋區(qū)對(duì)于指認(rèn)結(jié)構(gòu)類似的化合物很有幫助，而且可以作為化合物存在某種基團(tuán)的旁證。25指紋區(qū)1800cm-1（1300cm-1）26影響基團(tuán)頻率的因素電子效應(yīng)氫鍵振動(dòng)耦合費(fèi)米共振26影響基團(tuán)頻率的因素電子效應(yīng)A1625/A1652ADipoleMoment=chargeimbalanceinthemolecule結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱BroadbandsourceinterferogramResolution:<0.input,outputandthetwoarmsoftheinterferometeras分子的能級(jí)EnergyLevelsWavenumber(cm-1)IRAbsorbanceBendingModeAsymmetricStretchinduceddipolemoment,eg.多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度Virtualstaten=0,1,2,3,,,,分子的能級(jí)EnergyLevels4)for7daysInfraredspectroscopyandRamanspectroscopy4)for30min每個(gè)原子相對(duì)于其它原子的運(yùn)動(dòng)（振動(dòng)）27紅外光譜儀A1625/A165227紅外光譜儀28雙光束光譜儀referencesamplelight斬波器單色器檢測(cè)器記錄儀檢測(cè)池:

NaCl,KBr,CaF2,LiF生物樣品一般選用不溶于水的后二種鹽池水的紅外“窗口”:結(jié)合重水D2O解決28雙光束光譜儀referencesamplelight斬波29紅外光譜儀發(fā)展史單色器優(yōu)﹑缺點(diǎn)棱鏡巖鹽鏡易吸潮,分辨率低光柵掃描速度慢Michelson分辨率高,掃描速度快,Fourier變換29紅外光譜儀發(fā)展史單色器優(yōu)﹑缺點(diǎn)棱鏡巖鹽鏡易吸潮,分辨率低30FourierTransformInfraredspectrometerlight半透鏡固定反射鏡動(dòng)鏡優(yōu)勢(shì):可在短時(shí)間內(nèi)得到頻率范圍內(nèi)的干涉圖,通過(guò)多次掃描提高信噪比.

S/Nn-2Resolution:<0.1cm-1附加功能：平滑、差譜、二階導(dǎo)、去卷積和曲線擬合等.30FourierTransformInfrareds31Schematicrepresentationofwavesandtheirphases,input,outputandthetwoarmsoftheinterferometerasThescangoesfromzeropathdifferenceconditiontoOPD=λ.a)0λ;b)λ/4;c)λ/2;d)3λ/4;e)λ31Schematicrepresentationof32TwowavelengthsourcecaseBroadbandsourceinterferogram32TwowavelengthsourcecaseBr33Wecanrewritethistosomethingmorefamiliar:AFourierTransform!33Wecanrewritethistosomet34SamplepreparationforIR1.Solution:solvent,cell,concentration2.Solid:KBr,石蠟3.Gas:彎曲,1595cm-134SamplepreparationforIR1.35吸收強(qiáng)度結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱環(huán)境因素氫鍵=21k35吸收強(qiáng)度結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱環(huán)境因素36紅外光譜振動(dòng)光譜信息

與主要參量紅外光譜是紅外吸收隨入射光波數(shù)變化的曲線.吸收帶的位置nmax,cm-1

由于消光系數(shù)對(duì)環(huán)境敏感，特征基團(tuán)在不同分子中波動(dòng)很大，因此紅外的譜峰強(qiáng)度只用強(qiáng)strong中meso、弱weak表示。36紅外光譜振動(dòng)光譜信息

與主要參量紅外光譜是紅外吸收隨入射Nucleicacids(DNA,RNA)10micronwavelength1000cm-1結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱4)for7days(HasdipolemomentsoIRactive)武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心Doublebond:區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。UV-absorptionIRAbsorbance304000cm-1Vibrationspectroscopy多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度RamanspectroscopyApplicationinbiosystem4)for30min3000002500nm紅外光譜是紅外吸收隨入射光波數(shù)變化的曲線.振動(dòng)激發(fā)態(tài)Around1800,Herschelstudiedthespectrumofsunlightusingaprism.37ApplicationNucleicacids(DNA,RNA)37Appl38H2Oprotein紫外吸收譜紅外光譜38H2Oprotein紫外紅外光譜39Cefradine頭孢拉定39Cefradine頭孢拉定40Melamine40Melamine41

武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心41武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心42光學(xué)異構(gòu)體42光學(xué)異構(gòu)體43Applicationinbiosystem吸收帶cm-1振動(dòng)模式指認(rèn)酰胺A3300N-H伸縮振動(dòng)酰胺B3100酰胺Ⅱ的一次泛頻，費(fèi)米共振酰胺Ⅰ1660C=O伸縮振動(dòng)酰胺Ⅱ1570N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)和C-N伸縮振動(dòng)酰胺Ⅲ1300C-N伸縮振動(dòng)和N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)酰胺Ⅳ630O=C-N面內(nèi)彎曲振動(dòng)酰胺Ⅴ730N-H面外彎曲振動(dòng)酰胺Ⅵ600C=O面外彎曲振動(dòng)酰胺Ⅰ帶80%來(lái)自于C=O基的弱伸縮振動(dòng)和C=O旁的C-N伸縮振動(dòng)以及N-H平面內(nèi)彎曲振動(dòng)的偶合

43Applicationinbiosystem吸收帶c44cm-1對(duì)應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)1624±4伸展肽鏈1631±3伸展肽鏈1637±3伸展肽鏈1645±4無(wú)規(guī)卷曲1653±4螺

旋1663±4轉(zhuǎn)

角1671±3轉(zhuǎn)

角1675±5伸展肽鏈1683±2轉(zhuǎn)

角1689±2轉(zhuǎn)

角1694±2轉(zhuǎn)

角44cm-1對(duì)應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)1624±4伸展肽鏈1631±3伸展45JPept.Res.,2002Applicationinbiosystem45JPept.Res.,2002Applicatio46

抗氧化劑對(duì)A1-40結(jié)構(gòu)的影響庾照學(xué)等,中國(guó)病理生理雜志,2000,16FT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.4)for30minFT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.4)for7days46抗氧化劑對(duì)A1-40結(jié)構(gòu)的影響FT-IRspeinduceddipolemoment,eg.Infraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.(HasdipolemomentsoIRactive)Ramanscattering反斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于斯托克斯線的強(qiáng)度，這是由于Boltzmann分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。300Kelvin210cm-1N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)和C-N伸縮振動(dòng)以入射光和散射光波數(shù)差表示。(HasdipolemomentsoIRactive)Singlebond:衰減全反射紅外光譜Infraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.克服它，所以在測(cè)量的過(guò)程中拉曼和FTIR是相輔紅外光譜是紅外吸收隨入射光波數(shù)變化的曲線.Cefradine頭孢拉定整個(gè)分子重心的平動(dòng)(3freedom)A1645/A1652A1682/A1652在示意圖中斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì)稱地分布于瑞利線的兩側(cè)，這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量。-1=MA-1+MB-147FT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.4)for7daysFT-IRspectraofA1-40

inPBS(pH7.4)withTA9901for7days(percentratio:A1–40:TA9901=1∶1)induceddipolemoment,eg.47FT48衰減全反射紅外光譜研究人乳腺癌組織A1635/A1652A1625/A1652A1645/A1652A1662/A1652A1682/A1652benign0.980.650.640.490.17malignant0.430.230.560.370.0948衰減全反射紅外光譜A1635/A165249Conformationaltransition:

fromalpha-helixrichtobeta-sheetrichPrPc

PrPscScout49Conformationaltransition:P50Image50Image51紅外攝影51紅外攝影52Lipids(cellwalls)

Nucleicacids(DNA,RNA)

Proteins

Eachofthesemajor

classesofcellular

componentshave

distinctIRmarkersInfraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.InfraredSpectromicroscopyof

IndividualLivingCells52Lipids(cellwalls)

Infrared53腦功能成像53腦功能成像54Ramanspectroscopy54Ramanspectroscopy55hnhn’=n’Rayleighscattering

Prof.C.V.Ramannn’

Ramanscattering55hnhn’=n’Prof.C.V.Ramann56瑞利散射電子基態(tài)電子激發(fā)態(tài)反Stokes線虛能態(tài)Stokes線IRVirtualstate56瑞利電子基態(tài)電子激反虛能態(tài)Stokes線IRVirtuaAsymmetricStretch-1=MA-1+MB-14)for7daysk=4-6N·cm-1此外，玻璃和石英容槽皆可使用，可避免使用溴(HasdipolemomentsoIRactive)n=0,1,2,3,,,,振動(dòng)激發(fā)態(tài)IRcovers~1meVto1eV與躍遷TransitionIRcovers~1meVto1eVFT-IRspectraofA1-40inRamanspectroscopy峰位的移動(dòng)與激發(fā)光的頻率無(wú)關(guān)Near-IR:4000–14000cm-1UV-absorptionBroadbandsourceinterferograma)0λ;b)λ/4;c)λ/2;d)3λ/4;e)λ整個(gè)分子重心的平動(dòng)(3freedom)A1635/A1652571).在示意圖中斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì)稱地分布于瑞利線的兩側(cè)，這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量。2).反斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于斯托克斯線的強(qiáng)度，這是由于Boltzmann分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。高頻低頻AsymmetricStretch571).在示意圖中斯58585959606061拉曼光譜參量峰位:是電子能級(jí)基態(tài)的振動(dòng)態(tài)性質(zhì)的一種反映。以入射光和散射光波數(shù)差表示。峰位的移動(dòng)與激發(fā)光的頻率無(wú)關(guān)2.強(qiáng)度:

與濃度成正比61拉曼光譜參量峰位:是電子能級(jí)基態(tài)的振動(dòng)態(tài)性質(zhì)的一種反映。62如何選擇振動(dòng)光譜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定Raman:

induceddipolemoment,eg.S-S,O-O?Forsymmetricalmoleculeorgroup,complementationeachother.62如何選擇振動(dòng)光譜Raman:Forsymmetric631.對(duì)同一物質(zhì)而言二光譜常常相當(dāng)近似2.拉曼光譜一個(gè)很重要優(yōu)點(diǎn):水不會(huì)干擾其測(cè)量3.此外，玻璃和石英容槽皆可使用，可避免使用溴

化鉀、氯化鈉等會(huì)在濕氣中潮解或其他對(duì)大氣不

穩(wěn)定的視窗時(shí)的不便，即此類光譜容易獲得4.拉曼光譜有一個(gè)很重要的問(wèn)題就是樣品或樣品中

的不純物會(huì)有熒光干擾，但這方面可以使用FTIR

克服它，所以在測(cè)量的過(guò)程中拉曼和FTIR是相輔

相成、互補(bǔ)互足的二譜的優(yōu)劣631.對(duì)同一物質(zhì)而言二光譜常常相當(dāng)近似二譜的優(yōu)劣64如何感知?生命的本質(zhì)?運(yùn)動(dòng)眼睛64如何感知?生命的本質(zhì)?運(yùn)動(dòng)眼睛65bonddistanceVibrationR0R1R2nmEnergyintrinsicproperty65bonddistanceVibrationR0R1R266短波長(zhǎng)波66短波長(zhǎng)波67光學(xué)異構(gòu)體67光學(xué)異構(gòu)體68FT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.4)for7daysFT-IRspectraofA1-40

inPBS(pH7.4)withTA9901for7days(percentratio:A1–40:TA9901=1∶1)68FT-IRspectraofA1-4069腦功能成像69腦功能成像70hnhn’=n’Rayleighscattering

Prof.C.V.Ramannn’

Ramanscattering70hnhn’=n’Prof.C.V.Ramann多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度IRcovers~1meVto1eVAFourierTransform!Broadbandsourceinterferogram武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心bonddistance在此區(qū)域內(nèi)，除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。AnExample:CO2SymmetricStretchSymmetricStretch吸收帶的位置nmax,cm-13000002500nmNear-IR:4000–14000cm-1Hemeasuredthetemperatureofeachcolor,andfoundthehighesttemperaturewasjustbeyondthered,whatwenowcallthe'infrared'.分子的能級(jí)EnergyLevels300Kelvin210cm-1Infraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異，并顯示出分子特征。4)withTA9901for7days(percentratio:A1–40:TA9901=1∶1)bonddistance71多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度7172分子振動(dòng)光譜

---紅外光譜與拉曼光譜---

InfraredspectroscopyandRamanspectroscopy(IRandRaman)Vibrationspectroscopy1分子振動(dòng)光譜

---紅外光譜與拉曼光譜---

Infrar73如何感知?生命的本質(zhì)?運(yùn)動(dòng)眼睛2如何感知?生命的本質(zhì)?運(yùn)動(dòng)眼睛74diatomicmoleculeMolecularmovement3diatomicmoleculeMolecular75bonddistanceVibrationR0R1R2nmEnergyintrinsicproperty4bonddistanceVibrationR0R1R2n76AB=21k-1=MA-1+MB-1:與化合物組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)ABR0R1R2鍵長(zhǎng)Stretchingvibration

:折合質(zhì)量k

:化學(xué)鍵的鍵力常數(shù)5AB=21k-1=MA-1+MB-17701E=(n+)hn=0,1,2,3,,,,21能量量子化能級(jí)2振動(dòng)激發(fā)態(tài)=21k601E=(n+)h21能量量子化2振動(dòng)78Spectroscopyresonance7Spectroscopyresonance79偶極子在光波電場(chǎng)矢量中的運(yùn)動(dòng)dipole電場(chǎng)時(shí)間+8偶極子在光波電場(chǎng)矢量中的運(yùn)動(dòng)dipole電場(chǎng)時(shí)間+80分子振動(dòng)的與吸收Singlebond:k

=4-6N·cm-1

Doublebond:k

=8-12N·cm-1

Triplebond:

k

=12-18N·cm-1

C-C,1190cm-1C=C,1683cm-1

C≡C,

2060cm-1

9分子振動(dòng)的與吸收Singlebond:Doubleb81短波長(zhǎng)波10短波長(zhǎng)波82IRunits:wavenumbers(cm-1)10micronwavelength1000cm-11eV

8100cm-11THz

33cm-1300Kelvin

210cm-1TheInfraredPartoftheEMSpectrumNear-IR:4000–14000cm-1Mid-IR:500–4000cm-1Far-IR:5–500cm-1IRcovers~1meVto1eV11IRunits:wavenumbers(cm-1)83TheScienceMuseum,UKAround1800,Herschelstudiedthespectrumofsunlightusingaprism.Hemeasuredthetemperatureofeachcolor,andfoundthehighesttemperaturewasjustbeyondthered,whatwenowcallthe'infrared'.

12TheScienceMuseum,UKAround84分子振動(dòng)與紅外吸收Singlebond:k

=4-6N·cm-1

C-C,1190cm-13000002500nm304000cm-1紅外共振吸收13分子振動(dòng)與紅外吸收Singlebond:C-C,85分子的能級(jí)EnergyLevels與躍遷TransitiongroundstateexcitedstateInfrared01v0v1UV-absorption214分子的能級(jí)EnergyLevelsgroundexci86多原子分子15多原子分子87對(duì)稱伸縮3652cm-1反對(duì)稱伸縮3756cm-1彎曲,1595cm-1水的紅外光譜16對(duì)稱伸縮反對(duì)稱伸縮彎曲,水的紅外光譜Spectroscopyasymmetricalinduceddipolemoment,eg.FT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱TheScienceMuseum,UKAround1800,Herschelstudiedthespectrumofsunlightusingaprism.Forsymmetricalmoleculeorgroup,complementationeachother.Infraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.分子的能級(jí)EnergyLevels分子的能級(jí)EnergyLevels(HasdipolemomentsoIRactive)304000cm-1k=4-6N·cm-1衰減全反射紅外光譜附加功能：平滑、差譜、二階導(dǎo)、去卷積和曲線擬合等.克服它，所以在測(cè)量的過(guò)程中拉曼和FTIR是相輔4)withTA9901for7days(percentratio:A1–40:TA9901=1∶1)偶極子在光波電場(chǎng)矢量中的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度:與濃度成正比88多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度整個(gè)分子重心的平動(dòng)(3freedom)整個(gè)分子繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)(3freedom)每個(gè)原子相對(duì)于其它原子的運(yùn)動(dòng)（振動(dòng)）一個(gè)點(diǎn):3自由度N個(gè)點(diǎn):3N自由度3N-6

(linearmolecule)xyz分子:

N個(gè)原子空間的運(yùn)動(dòng)：3Nfreedom3N-5Spectroscopy17多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度整個(gè)分89symmetricalasymmetricalscissoringrockingwaggingtwistingstretchingbending多原子分子的振動(dòng)18symmetricalasymmetricalsciss90振動(dòng)自由度3N-6?19振動(dòng)自由度3N-6?91AnExample:CO2SymmetricStretchCOOAsymmetricStretchBendingModeIRAbsorbanceWavenumber(cm-1)13883N-5=42349667?20AnExample:CO2SymmetricSt92AnExample:CO2SymmetricStretchCOOAsymmetricStretchBendingModeIRAbsorbanceWavenumber(cm-1DipoleMoment=chargeimbalanceinthemolecule(HasdipolemomentsoIRactive)(HasdipolemomentsoIRactive)(Dipolemoment=0sonotIRactive)138821AnExample:CO2SymmetricSt93dipole電場(chǎng)時(shí)間偶極矩為零的振動(dòng)沒(méi)有紅外吸收22dipole電場(chǎng)時(shí)間偶極矩為零的振動(dòng)94基團(tuán)頻率多原子分子的結(jié)構(gòu)特征在紅外光譜中的反映C=O3N-6Or3N-5?23基團(tuán)頻率3N-695基團(tuán)頻率4000cm-11300cm-1

1.最有分析價(jià)值的基團(tuán)頻率,這一區(qū)域稱為基團(tuán)頻率區(qū)、官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū)。

2.區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。24基團(tuán)頻率4000cm-11300cm-11.最96指紋區(qū)1800cm-1（1300cm-1）

600cm-1在此區(qū)域內(nèi)，除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。這種振動(dòng)與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異，并顯示出分子特征。這種情況就像人的指紋一樣，因此稱為指紋區(qū)。指紋區(qū)對(duì)于指認(rèn)結(jié)構(gòu)類似的化合物很有幫助，而且可以作為化合物存在某種基團(tuán)的旁證。25指紋區(qū)1800cm-1（1300cm-1）97影響基團(tuán)頻率的因素電子效應(yīng)氫鍵振動(dòng)耦合費(fèi)米共振26影響基團(tuán)頻率的因素電子效應(yīng)A1625/A1652ADipoleMoment=chargeimbalanceinthemolecule結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱BroadbandsourceinterferogramResolution:<0.input,outputandthetwoarmsoftheinterferometeras分子的能級(jí)EnergyLevelsWavenumber(cm-1)IRAbsorbanceBendingModeAsymmetricStretchinduceddipolemoment,eg.多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度Virtualstaten=0,1,2,3,,,,分子的能級(jí)EnergyLevels4)for7daysInfraredspectroscopyandRamanspectroscopy4)for30min每個(gè)原子相對(duì)于其它原子的運(yùn)動(dòng)（振動(dòng)）98紅外光譜儀A1625/A165227紅外光譜儀99雙光束光譜儀referencesamplelight斬波器單色器檢測(cè)器記錄儀檢測(cè)池:

NaCl,KBr,CaF2,LiF生物樣品一般選用不溶于水的后二種鹽池水的紅外“窗口”:結(jié)合重水D2O解決28雙光束光譜儀referencesamplelight斬波100紅外光譜儀發(fā)展史單色器優(yōu)﹑缺點(diǎn)棱鏡巖鹽鏡易吸潮,分辨率低光柵掃描速度慢Michelson分辨率高,掃描速度快,Fourier變換29紅外光譜儀發(fā)展史單色器優(yōu)﹑缺點(diǎn)棱鏡巖鹽鏡易吸潮,分辨率低101FourierTransformInfraredspectrometerlight半透鏡固定反射鏡動(dòng)鏡優(yōu)勢(shì):可在短時(shí)間內(nèi)得到頻率范圍內(nèi)的干涉圖,通過(guò)多次掃描提高信噪比.

S/Nn-2Resolution:<0.1cm-1附加功能：平滑、差譜、二階導(dǎo)、去卷積和曲線擬合等.30FourierTransformInfrareds102Schematicrepresentationofwavesandtheirphases,input,outputandthetwoarmsoftheinterferometerasThescangoesfromzeropathdifferenceconditiontoOPD=λ.a)0λ;b)λ/4;c)λ/2;d)3λ/4;e)λ31Schematicrepresentationof103TwowavelengthsourcecaseBroadbandsourceinterferogram32TwowavelengthsourcecaseBr104Wecanrewritethistosomethingmorefamiliar:AFourierTransform!33Wecanrewritethistosomet105SamplepreparationforIR1.Solution:solvent,cell,concentration2.Solid:KBr,石蠟3.Gas:彎曲,1595cm-134SamplepreparationforIR1.106吸收強(qiáng)度結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱環(huán)境因素氫鍵=21k35吸收強(qiáng)度結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱環(huán)境因素107紅外光譜振動(dòng)光譜信息

與主要參量紅外光譜是紅外吸收隨入射光波數(shù)變化的曲線.吸收帶的位置nmax,cm-1

由于消光系數(shù)對(duì)環(huán)境敏感，特征基團(tuán)在不同分子中波動(dòng)很大，因此紅外的譜峰強(qiáng)度只用強(qiáng)strong中meso、弱weak表示。36紅外光譜振動(dòng)光譜信息

與主要參量紅外光譜是紅外吸收隨入射Nucleicacids(DNA,RNA)10micronwavelength1000cm-1結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越高,吸收越弱4)for7days(HasdipolemomentsoIRactive)武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心Doublebond:區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。UV-absorptionIRAbsorbance304000cm-1Vibrationspectroscopy多原子分子的運(yùn)動(dòng)及其自由度RamanspectroscopyApplicationinbiosystem4)for30min3000002500nm紅外光譜是紅外吸收隨入射光波數(shù)變化的曲線.振動(dòng)激發(fā)態(tài)Around1800,Herschelstudiedthespectrumofsunlightusingaprism.108ApplicationNucleicacids(DNA,RNA)37Appl109H2Oprotein紫外吸收譜紅外光譜38H2Oprotein紫外紅外光譜110Cefradine頭孢拉定39Cefradine頭孢拉定111Melamine40Melamine112

武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心41武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心113光學(xué)異構(gòu)體42光學(xué)異構(gòu)體114Applicationinbiosystem吸收帶cm-1振動(dòng)模式指認(rèn)酰胺A3300N-H伸縮振動(dòng)酰胺B3100酰胺Ⅱ的一次泛頻，費(fèi)米共振酰胺Ⅰ1660C=O伸縮振動(dòng)酰胺Ⅱ1570N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)和C-N伸縮振動(dòng)酰胺Ⅲ1300C-N伸縮振動(dòng)和N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)酰胺Ⅳ630O=C-N面內(nèi)彎曲振動(dòng)酰胺Ⅴ730N-H面外彎曲振動(dòng)酰胺Ⅵ600C=O面外彎曲振動(dòng)酰胺Ⅰ帶80%來(lái)自于C=O基的弱伸縮振動(dòng)和C=O旁的C-N伸縮振動(dòng)以及N-H平面內(nèi)彎曲振動(dòng)的偶合

43Applicationinbiosystem吸收帶c115cm-1對(duì)應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)1624±4伸展肽鏈1631±3伸展肽鏈1637±3伸展肽鏈1645±4無(wú)規(guī)卷曲1653±4螺

旋1663±4轉(zhuǎn)

角1671±3轉(zhuǎn)

角1675±5伸展肽鏈1683±2轉(zhuǎn)

角1689±2轉(zhuǎn)

角1694±2轉(zhuǎn)

角44cm-1對(duì)應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)1624±4伸展肽鏈1631±3伸展116JPept.Res.,2002Applicationinbiosystem45JPept.Res.,2002Applicatio117

抗氧化劑對(duì)A1-40結(jié)構(gòu)的影響庾照學(xué)等,中國(guó)病理生理雜志,2000,16FT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.4)for30minFT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.4)for7days46抗氧化劑對(duì)A1-40結(jié)構(gòu)的影響FT-IRspeinduceddipolemoment,eg.Infraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.(HasdipolemomentsoIRactive)Ramanscattering反斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于斯托克斯線的強(qiáng)度，這是由于Boltzmann分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。300Kelvin210cm-1N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)和C-N伸縮振動(dòng)以入射光和散射光波數(shù)差表示。(HasdipolemomentsoIRactive)Singlebond:衰減全反射紅外光譜Infraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.克服它，所以在測(cè)量的過(guò)程中拉曼和FTIR是相輔紅外光譜是紅外吸收隨入射光波數(shù)變化的曲線.Cefradine頭孢拉定整個(gè)分子重心的平動(dòng)(3freedom)A1645/A1652A1682/A1652在示意圖中斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì)稱地分布于瑞利線的兩側(cè)，這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量。-1=MA-1+MB-1118FT-IRspectraofA1-40inPBS(pH7.4)for7daysFT-IRspectraofA1-40

inPBS(pH7.4)withTA9901for7days(percentratio:A1–40:TA9901=1∶1)induceddipolemoment,eg.47FT119衰減全反射紅外光譜研究人乳腺癌組織A1635/A1652A1625/A1652A1645/A1652A1662/A1652A1682/A1652benign0.980.650.640.490.17malignant0.430.230.560.370.0948衰減全反射紅外光譜A1635/A1652120Conformationaltransition:

fromalpha-helixrichtobeta-sheetrichPrPc

PrPscScout49Conformationaltransition:P121Image50Image122紅外攝影51紅外攝影123Lipids(cellwalls)

Nucleicacids(DNA,RNA)

Proteins

Eachofthesemajor

classesofcellular

componentshave

distinctIRmarkersInfraredspectraareobtainedfromindividuallivingcells.InfraredSpectromicroscopyof

IndividualLivingCells52Lipids(cellwalls)

Infrared124腦功能成像53腦功能成像125Ramanspectroscopy54Ramanspectroscopy126hnhn’=n’Rayleighscattering

Prof.C.V.Ramannn’

Ramanscattering55hnhn’=n’Prof.C.V.Ramann127瑞利散射電子基態(tài)電子激發(fā)態(tài)反Stokes線虛能態(tài)Stokes線IRVirtualstate56瑞利電子基態(tài)電子激反虛能態(tài)Stokes線IRVirtuaAsymmetricStretch-1=MA-1+MB-14)for7daysk=4-6N·cm-1此外，玻璃和石英容槽皆可使用，可避免使用溴(HasdipolemomentsoIRactive)n=0,1,2,3,,,,振